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문제 정의
- 공간적 구배에 의해 광화작용의 특성이 다른 두 광체를 대으로 이 차이를 SIP 물성으로 파악하기 위하여 연구를 수행하였다. 시료는 가곡광산에서 공간적 구배가 있는 선곡광체와 월곡광체를 대상으로 채취했다.
- SIP 탐사는 광석광물의 함량을 추정하는 충전도와 입자 크기를 추정하는 시간상수를 제공하기 때문에 광화작용의 특성을 파악하는데 유용할 것으로 판단된다. 따라서 이 연구는 가곡광산 내 광화작용 특성이 서로 다른 두 광체를 대상으로 SIP를 이용하여 광화작용 특성을 비교하기 위한 목적으로 수행되었다. 시료는 북쪽의 선곡광체와 남쪽의 월곡광체를 대상으로 채취하였다.
가설 설정
- 광석의 등가회로 분석에서 기존에 알려진 모델을 사용할 경우 분석 오차가 커서 부적합하다고 판단하였다. 따라서 이 연구를 위해 새로운 광석 모델을 가정하였고, 이 모델을 사용하여 등가회로 분석을 수행하였다.
제안 방법
- SIP 자료 획득을 위하여 시료를 지하수와 전기전도도가 유사한 NaCl 0.001 M 수용액을 채운 데시케이터에 넣어 진공펌프를 사용하여 포화시켰다(ISRM, 1979). 포화된 시료는 내부에 수분이 마르지 않도록 젖은 수건으로 표면의 물기를 제거하였고, 시료에 암석의 전기적 물성을 안정적으로 얻을 수 있는 것으로 알려진 Park and Matsui (1998)의 측정홀더 및 전극 방법을 이용하였다(Fig.
- 시료는 북쪽의 선곡광체와 남쪽의 월곡광체를 대상으로 채취하였다. 광화작용 특성은 휴대용 XRF 측정과 반사현미경 관찰을 통하여 파악했고, SIP 물성은 실내 SIP 측정과 등가회로 분석을 통해 얻었다.
- 광화작용 특성을 파악하기 위하여 휴대용 XRF기기인 NITON Analyzer (Thermo Co.)를 사용하여 시료에 수반된 금속성분을 측정하였고, 시료의 위면, 아래면, 옆면에 대하여 6지점을 측정했다. Sb, Sn, Cd, Pd, Ag, Mo, Nb, Zr, Sr, Rb, Bi, As, Se, Pb, W, Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti 등 총 24종류의 금속성분을 검출하였다.
- Sb, Sn, Cd, Pd, Ag, Mo, Nb, Zr, Sr, Rb, Bi, As, Se, Pb, W, Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti 등 총 24종류의 금속성분을 검출하였다. 그리고 일부 시료를 연마편으로 제작하여 반사현미경 관찰을 통해 수반되는 광석광물의 종류를 파악하였다.
- 4b, c). 따라서 광체에 수반된 아연과 철 성분은 섬아연석과 자류철석에 의한 영향으로 판단하였다.
- 그러나 Cole-Cole model은 단지 하나의 CPE를 사용하기 때문에 확산이중층과 조밀이중층을 동시에 설명하기 어렵다. 따라서 이 연구에서는 광석의 전기이중층 특성을 고려한 새로운 등가회로 모델을 고안하였다(Fig. 3).
- 선곡광체와 월곡광체의 광화작용 특성과 SIP 물성을 서로 비교하기 위하여 XRF에서 Pb, Zn, Cu, Fe의 함량을 합한 것과 SIP에서 충전도와 시간상수에 대한 중간 값을 그래프로도 시하였다(Fig. 6). 대표 값으로 중간 값을 사용한 것은 산술평균의 경우 최대값이나 최소값에 왜곡되어 계산될 수 있기 때문이다.
- 시료의 SIP 측정자료는 Nyquist 그래프로 도시하여 SIP 특성을 파악하였다. 그래프에서 허수성분의 임피던스는 낮은 주파수에 크고, 주파수가 높아질수록 작아지는데 이는 전극분극에 의해 나타나는 IP effect의 특성을 잘 나타내는 것이다(Fig.
- 시료의 SIP자료로부터 충전도와 시간상수를 계산하기 위해 등가회로 분석을 수행하였고, 그 결과를 표로 정리하였다(Table 2). 분석의 NRMSE는 6% 보다 작기 때문에 분석이 상당히 잘 수행되었다고 판단된다.
- 일부 시료에 대한 반사 현미경 관찰을 수행하였다(Fig. 4).
- 전극과 측정기기를 연결하고, 시료의 SIP를 측정하였다. SIP 측정기기는 Zonge 사의 탐사 장비를 사용하였으며, 송신부(LDT-10B)와 수신부(GDP-32II)로 구성된다.
- 획득한 측정자료로부터 SIP 물성을 계산하기 위하여 등가회로 분석을 수행하였다. 등가회로 분석은 암석의 SIP 특성을 설명하기 위하여 SIP 반응을 일으키는 암석을 저항과 축전기와 같은 전기성분이 연결된 등가회로 모델로 가정하고, 수학적인 역산 및 모델링을 통해 전기성분들의 값을 분석하는 기술이다.
- 시료는 가곡광산에서 공간적 구배가 있는 선곡광체와 월곡광체를 대상으로 채취했다. 휴대용 XRF를 이용하여 금속성분의 함량을 측정하였고, 실내 암석 SIP 측정시스템을 이용하여 측정자료를 얻었다.
대상 데이터
- 전극과 측정기기를 연결하고, 시료의 SIP를 측정하였다. SIP 측정기기는 Zonge 사의 탐사 장비를 사용하였으며, 송신부(LDT-10B)와 수신부(GDP-32II)로 구성된다. 측정은 0.
- )를 사용하여 시료에 수반된 금속성분을 측정하였고, 시료의 위면, 아래면, 옆면에 대하여 6지점을 측정했다. Sb, Sn, Cd, Pd, Ag, Mo, Nb, Zr, Sr, Rb, Bi, As, Se, Pb, W, Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti 등 총 24종류의 금속성분을 검출하였다. 그리고 일부 시료를 연마편으로 제작하여 반사현미경 관찰을 통해 수반되는 광석광물의 종류를 파악하였다.
- 가곡 광산은 휴광 이전까지 제 2연화 광산의 상호로 개발되었고, 1971년 개업한 이후 1979년까지 총 591,351 metric tone의 광석을 생산했다(Yun, 1979). 소재지는 행정구역상 강원도 삼척시 가곡면 풍곡리이고, 다양한 광상이 발달하고 있는 태백산 분지의 남동부에 위치한다.
- 공간적 구배에 의해 광화작용의 특성이 다른 두 광체를 대으로 이 차이를 SIP 물성으로 파악하기 위하여 연구를 수행하였다. 시료는 가곡광산에서 공간적 구배가 있는 선곡광체와 월곡광체를 대상으로 채취했다. 휴대용 XRF를 이용하여 금속성분의 함량을 측정하였고, 실내 암석 SIP 측정시스템을 이용하여 측정자료를 얻었다.
- 따라서 이 연구는 가곡광산 내 광화작용 특성이 서로 다른 두 광체를 대상으로 SIP를 이용하여 광화작용 특성을 비교하기 위한 목적으로 수행되었다. 시료는 북쪽의 선곡광체와 남쪽의 월곡광체를 대상으로 채취하였다. 광화작용 특성은 휴대용 XRF 측정과 반사현미경 관찰을 통하여 파악했고, SIP 물성은 실내 SIP 측정과 등가회로 분석을 통해 얻었다.
- 시료의 광화작용 특성을 파악하기 위해 북쪽의 선곡광체와 남쪽의 월곡광체를 대상으로 총 104개를 채취했고, 물성측정을 위해 원통형으로 코어링 했다. 육안관찰을 통하여 시료들 중에서 다량의 광석광물이 관찰되는 25개를 선별하였다.
- 시료의 광화작용 특성을 파악하기 위해 북쪽의 선곡광체와 남쪽의 월곡광체를 대상으로 총 104개를 채취했고, 물성측정을 위해 원통형으로 코어링 했다. 육안관찰을 통하여 시료들 중에서 다량의 광석광물이 관찰되는 25개를 선별하였다.
데이터처리
- 새로운 등가회로 모델을 사용한 분석결과의 정확도를 파악 하기 위하여 측정자료와 분석결과 사이의 오차는 Normalized root mean square (NRMSE)를 사용하여 제시하였다(Niranjan, 2004). NRMSE를 계산하는 방법은 아래의 식 (3)으로 나타낼 수 있다.
- 분석으로부터 얻은 전기성분들의 값을 이용하여 충전도나 시간상수와 같은 SIP 물성을 계산할 수 있다. 이 연구에서 등가 회로 분석은 상용화된 프로그램인 Z-view (Solatron Co.)를 이용하여 수행하였다.
이론/모형
- 001 M 수용액을 채운 데시케이터에 넣어 진공펌프를 사용하여 포화시켰다(ISRM, 1979). 포화된 시료는 내부에 수분이 마르지 않도록 젖은 수건으로 표면의 물기를 제거하였고, 시료에 암석의 전기적 물성을 안정적으로 얻을 수 있는 것으로 알려진 Park and Matsui (1998)의 측정홀더 및 전극 방법을 이용하였다(Fig. 2).
성능/효과
- XRF 측정 결과 시료는 아연과 철이 다른 금속보다 우세하였고, 이는 반사현미경 관찰에서 섬아연석과 자류철석의 영향으로 판단하였다. 이러한 황화광물의 영향으로 SIP에서 충전도는 매우 큰 값으로 분석되었고, 시간상수는 1초 이상이었다.
- 광석의 등가회로 분석에서 기존에 알려진 모델을 사용할 경우 분석 오차가 커서 부적합하다고 판단하였다. 따라서 이 연구를 위해 새로운 광석 모델을 가정하였고, 이 모델을 사용하여 등가회로 분석을 수행하였다.
- 대표 값으로 중간 값을 사용한 것은 산술평균의 경우 최대값이나 최소값에 왜곡되어 계산될 수 있기 때문이다. 그 결과 월곡광체는 선곡광체와 비교하여 금속함량이 높았고, 충전도가 더 크기 때문에 이 두 결과는 상당히 잘 부합하였다. 하지만 시간상수는 선곡광체가 오히려 월곡광체보다 더 높았고, 이는 선곡광체에 수반된 황화광물의 입자 크기가 월곡광체보다 더 크다는 것을 의미한다.
- 분석의 NRMSE는 6% 보다 작기 때문에 분석이 상당히 잘 수행되었다고 판단된다. 모든 시료의 충전도는 900 mV/V 이상의 큰 값이 계산되었고, 시간상수는 1초 이상이었다. 이는 시료가 광석광물을 다량으로 수반한다는 것을 고려했기 때문에 받아들여질 만한 값이었다.
- 시료의 SIP자료로부터 충전도와 시간상수를 계산하기 위해 등가회로 분석을 수행하였고, 그 결과를 표로 정리하였다(Table 2). 분석의 NRMSE는 6% 보다 작기 때문에 분석이 상당히 잘 수행되었다고 판단된다. 모든 시료의 충전도는 900 mV/V 이상의 큰 값이 계산되었고, 시간상수는 1초 이상이었다.
- 시료의 XRF를 측정한 결과 금속성분 대부분은 검출한계 미만이거나 함량이 매우 적었지만, Pb, Zn, Cu, Fe, Mn은 다른 금속과 비교하여 상대적으로 함량이 많았다. 이 금속들의 함량을 표로 도시하였고(Table 1), 합으로 나타내면 11.
- 월곡광체는 선곡광체와 비교하여 XRF 결과로부터 광화작용이 더 발달한 것으로 판단되었고, 이러한 영향으로 충전도 또한 더 큰 값을 보이는 것으로 판단하였다. 하지만 시간상수의 결과로부터 광석광물의 입자의 크기는 선곡광체가 월곡광체에 비하여 상대적으로 더 큰 것으로 판단하였다.
- 시료의 XRF를 측정한 결과 금속성분 대부분은 검출한계 미만이거나 함량이 매우 적었지만, Pb, Zn, Cu, Fe, Mn은 다른 금속과 비교하여 상대적으로 함량이 많았다. 이 금속들의 함량을 표로 도시하였고(Table 1), 합으로 나타내면 11.7 ~ 41.1 w% 범위로 상당히 많은 금속을 수반하는 것으로 판단되었다.
- XRF 측정 결과 시료는 아연과 철이 다른 금속보다 우세하였고, 이는 반사현미경 관찰에서 섬아연석과 자류철석의 영향으로 판단하였다. 이러한 황화광물의 영향으로 SIP에서 충전도는 매우 큰 값으로 분석되었고, 시간상수는 1초 이상이었다.
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